Werkzeugaufnahme für ein drehendes und schlagendes Werkzeug

Abstract

 Eine Werkzeugaufnahme (1) für ein längs einer Achse (A) zumindest teilweise drehendes und/oder schlagendes Werkzeug (2) mit einer bei einem koaxialen Radialbezugsmass (R) vollumfänglich offenen Aufnahmehülse (3) mit einer, sich zumindest teilweise mit dem Radialbezugsmass (R) längs der Achse (A) konstant erstreckenden, Führungsinnenfläche (12), der zumindest drei innenseitig in der Aufnahmehülse (3) ausgebildete, bis zu einer axial freien Stirnseite (4) hin offene, axial verlaufende Drehmitnahmenuten (5) axial vorgelagert sind, die sich zumindest bei 0°, 120° und 240° radial ausserhalb des Radialbezugsmasses (R) erstrecken, und mit zumindest einem über das Radialbezugsmass (R) radial versetzbaren Verriegelungskörper (6), der umfänglich zwischen zwei benachbarten Drehmitnahmenuten (5) sowie diametral gegenüber der dritten Drehmitnahmenut (5) angeordnet ist, wobei die Aufnahmehülse (3) bezüglich des koaxialen Radialbezugsmasses (R) vollumfänglich offen ausgebildet ist und dass ein am Radialbezugsmass (R) bestimmter zentraler Drehnutwinkel (α) der Drehmitnahmenuten (5) jeweils zumindest 40° beträgt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezeichnet eine Werkzeugaufnahme für ein zumindest teilweise drehendes und/oder schlagendes Werkzeug, wie einen Bohrmeissel, Meissel oder Schneidbohrkrone zur Bearbeitung von Gestein, Beton oder Mauerwerk.

[0002] Üblicherweise weist eine Werkzeugaufnahme für ein Einsteckende eines von einer Maschine drehend und schlagend angetriebenen Werkzeugs beispielsweise entsprechend DE3941646A1 eine sich längs einer Achse erstreckende Einsteckhülse mit innenzylindermantelförmigen Führungsflächen und nach radial innen einkragenden Drehmitnahmestegen sowie nach radial innen versetzbare Verriegelungskörper auf, welche in Verriegelungsnuten des zugeordneten Einsteckendes des Werkzeugs eingreifen und die axiale Beweglichkeit des Werkzeugs begrenzen. Durch die sich zur Übertragung eines gegebenen Drehmoments auf das Werkzeug notwendig ergebende hohe Flächenpressung sind die bezüglich der Führungsflächen radial innen angeordneten Drehmitnahmestege einer hohen Verschleissbeanspruchung ausgesetzt, welche die Lebensdauer der Werkzeugaufnahme begrenzt. Insbesondere bei Werkzeugaufnahmen für im Baugewerbe verwendeten Handwerkzeugmaschinen, welche spröde Materialien wie Beton und Mauerwerk bearbeiten und abrasiv wirksamen Abraum erzeugen, ist ein geringer Verschleiss der Werkzeugaufnahmen für die Zuverlässigkeit der Handwerkzeugmaschinen von Bedeutung.

[0003] Nach der DE3843465A1 weist eine derartige Werkzeugaufnahme zwei bezüglich der Führungsflächen radial innen liegenden Drehmitnahmestege und dazu axial versetzt vier bezüglich der Führungsflächen radial aussen liegende Drehmitnahmenuten mit einem zentralen Drehnutwinkel von 45° auf. Insbesondere die stark verschleissenden, radial innen liegenden Drehmitnahmestege begrenzen die Lebensdauer der Werkzeugaufnahme. Zudem bietet der bei den vier symmetrisch verteilten Drehmitnahmenuten verbleibende zentrale Restnutwinkel von 45° nicht hinreichend Führungsraum für den radial versetzbaren Verriegelungskörper, welcher aus diesem Grund axial versetzt angeordnet ist, wodurch sich die Werkzeugaufnahme unvorteilhaft verlängert.

[0004] Nach der DE19604283A1 weist eine weitere derartige Werkzeugaufnahme neben den zwei bezüglich der Führungsflächen radial innen liegenden Drehmitnahmestegen zusätzlich drei radial aussen liegende Drehmitnahmenuten auf, die umfänglich symmetrisch verteilt sind. Den teilweise mit einem zentralen Drehnutwinkel kleiner 30° schmalen Drehmitnahmenuten ist notwendig ein Einsteckende mit einem schmalen Drehmitnahmeflügel kleiner 30° passend zugeordnet. Bedingt durch die überproportionale Abhängigkeit der umfänglichen Biegesteifigkeit von Drehmitnahmeflügeln, deren elastisch/plastische Deformation von einem Flächenkontakt auf einen verschleissstarken Linienkontakt führen würde, ist bei derartigen schmalen Drehmitnahmeflügel die Flächenpressung und somit das je Flächeneinheit übertragbare Drehmoment der Werkzeugaufnahme begrenzt.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Realisierung einer kurzen Werkzeugaufnahme, welche hohe Drehmomente verschleissarm übertragen kann.

[0006] Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0007] So weist eine Werkzeugaufnahme für ein längs einer Achse zumindest teilweise drehendes und/oder schlagendes Werkzeug eine bei einem koaxialen Radialbezugsmass, welches dem Innenradius entspricht, vollumfänglich offene Aufnahmehülse mit einer, sich zumindest teilweise mit dem Radialbezugsmass längs der Achse konstant erstreckenden, Führungsinnenfläche, der zumindest drei innenseitig in der Aufnahmehülse ausgebildete, bis zu einer axial freien Stirnseite hin offene, axial verlaufende Drehmitnahmenuten axial vorgelagert sind, die sich zumindest bei 0°, 120° und 240° radial ausserhalb des Radialbezugsmasses erstrecken, und mit zumindest einem über das Radialbezugsmass radial versetzbaren Verriegelungskörper auf, der umfänglich zwischen zwei benachbarten Drehmitnahmenuten sowie diametral gegenüber der dritten Drehmitnahmenut angeordnet ist, wobei ein am Radialbezugsmass bestimmter zentraler Drehnutwinkel der Drehmitnahmenuten jeweils zumindest 40° beträgt.

[0008] Durch den jeweils zumindest 40° grossen zentralen Drehnutwinkel der Drehmitnahmenuten ist bei gegebenem zu übertragenden Drehmoment und gegebener Kontaktfläche der Drehmitnahmenuten stets ein hinreichend biegesteifer Drehmitnahmeflügel eines Einsteckendes einführbar, welcher sich nicht wesentlich elastisch/plastisch deformiert.

[0009] Dies ist insbesondere durch die Ergänzung des wesentlich verschleissbestimmenden Parameters, der zur Drehmomentübertragung verfügbaren, umlaufend orientierten Kontaktfläche, um den zentralen Drehnutwinkel der Drehmitnahmenuten bzw. des zugeordneten Drehmitnahmeflügels bedingt. Diese Aussage wird nachfolgend mit Skalengesetzen begründet.

[0010] Bei der Bearbeitung von Gestein treten die höchsten Drehmomentspitzen M bei Werkzeugblockierungen am radialen Aussenrand des Werkzeugs auf, welche bei gegebener Festigkeit des Gesteins somit proportional zum Radius des Werkzeugs bzw. des Radialbezugsmasses R des zugeordneten Einsteckendes sind, wodurch M / R konstant ist. Andererseits verhalten sich bei einer längen- und winkeltreuen Skalierung des Querschnitts der erfindungsgemässen Werkzeugaufnahme für ein zugeordnetes Einsteckende sowohl das Radialbezugsmass R als auch die Kontaktfläche des zugeordneten Drehmitnahmeflügels gegebener Baulänge proportional zum Skalenfaktor und folglich das bei einer Linienlast q übertragene Drehmoment M quadratisch zum Radialbezugsmass R, wodurch gilt: M ∼ q R^2. Die maximale Linienlast der Kontaktflächenpressung ist nur von der Werkstoffpaarung abhängig. Betrachtet man unter der für verschleissarme Kontaktpaarungen notwendigen Voraussetzung einer HERTZ'schen Pressung der Drehmitnahmenut der Werkzeugaufnahme zum zugeordneten Drehmitnahmeflügel einen solchen näherungsweise als rechteckigen, radial auskragenden, massebeaufschlagten Biegebalken einer Flügeldicke d - R und einer Flügelhöhe h ∼ R, so gilt mit der Linienlast q und dem Biegeträgheitsmoment I ∼ d^3 ~ R^3 für eine zur Vermeidung eines Linienkontaktes maximal zulässige elastisch/plastische Durchbiegung: y ∼ q h^4 /l ~ q R, welche konstant ist. Daraus folgt mit obigem Ergebnis M ∼ q R^2 ~ R, wodurch somit ebenfalls M / R = konstant erfüllt ist. Diese freie Skalierbarkeit des sowohl benötigten als auch verschleissarm übertragbaren Drehmoments M bezüglich des Radialbezugsmasses R ist nur bei der längen- und winkeltreuen Skalierung des Querschnitts gegeben und insbesondere auch von der mit der dritten Potenz eingehenden Proportionalität: d - R abhängig, welche einen konstanten zentralen Drehnutwinkel definiert.

[0011] Vorteilhaft weist jede Drehmitnahmenut eine um ein konstantes Mindestspaltmass, optimal 0.8 mm, erweiterte, im Wesentlichen zum Radialbezugsmass R proportionale radiale Drehmitnahmenuttiefe im Wertebereich von R/6 bis R/3, weiter vorteilhaft genau R/4.5 auf, wodurch ein zugeordnetes Einsteckende einer Flügelhöhe h, welche mit der zur Drehmomentübertragung verfügbaren umlaufend orientierten Kontaktfläche als wesentlich verschleissbestimmenden Parameter linear korreliert, auf einen bezüglich der Materialpaarung bei Werkzeugaufnahmen und axial schlagbeanspruchten Werkzeugen in abrasiv wirksamer Umgebung auf einen tribologisch geeigneten Wertebereich festgelegt ist.

[0012] Vorteilhaft weist jede Drehmitnahmenut obiger Drehmitnahmenuttiefe eine axiale Drehmitnahmenutlänge von mindestens 30 mm auf, wodurch das unter HERTZ'scher Pressung verschleissarm übertragbare Drehmoment praktisch hinreichend dimensioniert ist.

[0013] Vorteilhaft beträgt der zentrale Drehnutwinkel der Drehmitnahmenuten jeweils maximal 70°, wodurch zwischen zwei umfänglich benachbarten Drehmitnahmenuten ein hinreichend grosser zentraler Hülsensegmentwinkel zur Führung des radial versetzbaren Verriegelungskörpers verbleibt, der bei symmetrischer Gleichverteilung von genau drei Drehmitnahmenuten mindestens jeweils 50° beträgt.

[0014] Vorteilhaft beträgt der zentrale Hülsensegmentwinkel zwischen zwei umfänglich benachbarten Drehmitnahmenuten zwischen 50° und 80°, wodurch am Radialbezugsmass R ein Anschlagssteg zum Radialanschlag eines im axialen Querschnitt kreisförmigen Verriegelungskörpers mit einem, eine zwischen zwei Drehmitnahmeflügeln des Einsteckendes zugeordnete Verriegelungsnut im Wesentlichen ausfüllenden Kreisabschnitt eines Durchmessers im Wertebereich von 1.2 R bis 1.8 R, weiter vorteilhaft eines Durchmessers von 1.4 R, in dessen radial innerer Verriegelungsposition verbleibt.

[0015] Vorteilhaft ist der Verriegelungskörper walzenförmig ausgebildet und parallel zur Achse orientiert, wodurch axial eine höhere Scherfestigkeit gegeben ist.

[0016] Vorteilhaft sind mehrere Verriegelungskörper vorhanden, optimal genau drei, wodurch von der Werkzeugaufnahme höhere Axialkräfte auf das verriegelte Werkzeug übertragbar sind, insbesondere beim Herausziehen aus einem Bohrloch.

[0017] Vorteilhaft ist den Drehmitnahmenuten maschinenseitig ein umfänglich geschlossener, innenzylindermantelförmiger Führungsendbereich der Führungsinnenfläche des Radialführungsmasses R nachgelagert, wodurch auf eine zugeordnete, maschinenseitig stirnseitige Aussenführungsfläche des Einsteckendes hohe Biegemomente übertragbar sind.

[0018] Vorteilhaft weist der Führungsendbereich eine Führungslänge im Wertebereich 1 R bis 3 R, weiter vorteilhaft genau 2 R auf, wodurch innerhalb dieser Führungslänge eine Abdichtung gegen das Eindringen von abrasivem Staub in die Werkzeugaufnahme erfolgen kann, weiter vorteilhaft mit einem Dichtungsmittel wie einer Gummilippendichtung.

[0019] Die Erfindung wird bezüglich mehrerer vorteilhafter Ausführungsbeispiele näher erläutert mit:

Fig. 1 als Werkzeugaufnahme im Längsschnitt

Fig. 2 als Werkzeugaufnahme im Querschnitt

Fig. 3 als Variante

[0020] Nach Fig. 1 weist eine Werkzeugaufnahme 1 für ein längs einer Achse A drehendes und schlagendes Werkzeug 2 eine bei einem koaxialen Radialbezugsmass R vollumfänglich offene Aufnahmehülse 3 mit einer Führungsinnenfläche 12 auf, welche sich mit dem Radialbezugsmass R konstant längs der Achse A erstreckt. Einem maschinenseitigen Führungsendbereich 13 der Führungsinnenfläche 12 axial vorgelagert ist eine in der Aufnahmehülse 3 ausgebildete, axial verlaufende Drehmitnahmenut 5, welche bis zu einer axial freien Stirnseite 4 hin offen ist. Die Drehmitnahmenut 5 weist eine axiale Drehmitnahmenutlänge L von 40 mm auf, innerhalb derer ein walzenförmig ausgebildeter und parallel zur Achse A orientierter, radial versetzbarer Verriegelungskörper 6 angeordnet ist, der diametral zur Drehmitnahmenut 5 angeordnet ist und sich in der dargestellten Verriegelungsposition sowohl innerhalb als auch ausserhalb des Radialbezugsmasses R erstreckt. Der Drehmitnahmenut 5 axial nachgelagert ist der umfänglich geschlossene, innenzylindermantelförmige maschinenseitige Führungsendbereich 13 der Führungsinnenfläche 12 mit einer Führungslänge F von 2.0 R, welcher zur Abdichtung gegen das Eindringen von abrasivem Staub in die Werkzeugaufnahme 1 ein Dichtungsmittel 10 in Form einer Gummilippendichtung zugeordnet ist.

[0021] Nach Fig. 2 weist die Werkzeugaufnahme 1 genau drei innenseitige Drehmitnahmenuten 5, die sich rotationssymmetrisch bei 0°, 120° und 240° radial ausserhalb des Radialbezugsmasses R erstrecken, und einen über das Radialbezugsmass R radial versetzbaren Verriegelungskörper 6 auf, der umfänglich zwischen zwei benachbarten Drehmitnahmenuten 5 sowie diametral gegenüber der dritten Drehmitnahmenut 5 angeordnet ist. Ein am Radialbezugsmass R bestimmter zentraler Drehnutwinkel α der Drehmitnahmenuten 5 beträgt jeweils 45°. Der jeweils verbleibende zentrale Hülsensegmentwinkel β zur Führung des radial versetzbaren Verriegelungskörpers 6 beträgt 75°. Jede Drehmitnahmenut 5 weist eine um ein konstantes Mindestspaltmass S von 0.8 mm erweiterte, im Wesentlichen mit 1/4.5 zum Radialbezugsmass R proportionale radiale Drehmitnahmenuttiefe H auf. Der walzenförmige Verriegelungskörper 6 des Durchmesser D von 1.4 R schlägt in seiner radial inneren Verriegelungsposition an einem sich bis zum Radialbezugsmass R erstreckenden Anschlagssteg 11 an, wobei sein im Querschnitt verriegelnder Kreisabschnitt eine zugeordnete Verriegelungsnut 7 zwischen zwei Drehmitnahmeflügeln 8 des Einsteckendes 9 des Werkzeugs 2 im Wesentlichen ausfüllt.

[0022] Nach Fig. 3 sind in der Werkzeugaufnahme 1 drei kugelförmige Verriegelungskörper 6 umfänglich symmetrisch verteilt, jeweils diametral gegenüber je einer Drehmitnahmenut 5 angeordnet. Die kugelförmigen Verriegelungskörper 6 füllen im Querschnitt mit ihren verriegelnden Kreisabschnitten je eine zugeordnete Verriegelungsnut 7 des Einsteckendes 9 im Wesentlichen aus. Da das Einsteckende 9 mit einem dem Radialbezugsmass R entsprechenden Aussendurchmesser nicht weiter in die somit freien Drehmitnahmenuten 5 eindringt, erfolgt bei dieser Variante die Drehmitnahme ausschliesslich über die Verriegelungsnuten 7 des Einsteckendes 9.

Ansprüche

1. Werkzeugaufnahme für ein längs einer Achse (A) zumindest teilweise drehendes und/oder schlagendes Werkzeug (2) mit einer bei einem koaxialen Radialbezugsmass (R) vollumfänglich offenen Aufnahmehülse (3) mit einer, sich zumindest teilweise mit dem Radialbezugsmass (R) längs der Achse (A) konstant erstreckenden, Führungsinnenfläche (12), der zumindest drei innenseitig in der Aufnahmehülse (3) ausgebildete, bis zu einer axial freien Stirnseite (4) hin offene, axial verlaufende Drehmitnahmenuten (5) axial vorgelagert sind, die sich zumindest bei 0°, 120° und 240° radial ausserhalb des Radialbezugsmasses (R) erstrecken, und mit zumindest einem über das Radialbezugsmass (R) radial versetzbaren Verriegelungskörper (6), der umfänglich zwischen zwei benachbarten Drehmitnahmenuten (5) sowie diametral gegenüber der dritten Drehmitnahmenut (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmehülse (3) bezüglich des koaxialen Radialbezugsmasses (R) vollumfänglich offen ausgebildet ist und dass ein am Radialbezugsmass (R) bestimmter zentraler Drehnutwinkel (α) der Drehmitnahmenuten (5) jeweils zumindest 40° beträgt.

2. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Drehmitnahmenut (5) eine um ein konstantes Mindestspaltmass (S) erweiterte, im Wesentlichen zum Radialbezugsmass (R) proportionale radiale Drehmitnahmenuttiefe (H) im Wertebereich von R/6 bis R/3 aufweist und dass optional die radiale Drehmitnahmenuttiefe (H) etwa R/4.5 und das Mindestspaltmass (S) etwa 0.8 mm beträgt.

3. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Drehmitnahmenut (5) eine axiale Drehmitnahmenutlänge von mindestens 30 mm aufweist, die optional 40 mm beträgt.

4. Werkzeugaufnahme nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Drehnutwinkel (α) der Drehmitnahmenuten (5) jeweils maximal 70° beträgt.

5. Werkzeugaufnahme nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentraler Hülsensegmentwinkel (β) zwischen zwei umfänglich benachbarten Drehmitnahmenuten (5) zwischen 50° und 80° beträgt.

6. Werkzeugaufnahme nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskörper (6) im axialen Querschnitt kreisförmig ist und optional einen Durchmesser (D) im Wertebereich von 1.2 R bis 1.8 R aufweist.

7. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskörper (6) walzenförmig ausgebildet und parallel zur Achse (A) orientiert ist.

8. Werkzeugaufnahme nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verriegelungskörper (6) vorhanden sind, optimal genau drei.

9. Werkzeugaufnahme nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Drehmitnahmenuten (5) maschinenseitig ein umfänglich geschlossener, innenzylindermantelförmiger Führungsendbereich (13) nachgelagert ist.

10. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsendbereich (13) eine Führungslänge (F) im Wertebereich von 1 R bis 3 R, optional 2 R aufweist.

Zeichnung